算术与逻辑指令（Arithmetic & Logic）

所有指令都带大小后缀（b/w/l/q）。此处以 l/q 举例，按需替换。

数据传送

指令 作用
mov 复制
movzx 零扩展复制（如 movzbl 8→32）
movsx 符号扩展复制（如 movslq 32→64）
xchg 交换
push / pop 压栈 / 出栈（64 位默认 pushq/popq；pushq %rax = subq $8,%rsp 后写 (%rsp)，popq 反之）
lea 载入有效地址（只做地址运算，不访问内存）
movabsq 装入 64 位立即数（等价 movq $imm64, %reg）

常用扩展形式：

形式 含义
movzbl %al, %eax 8→32 零扩展
movzbq %al, %rax 8→64 零扩展
movzwl %ax, %eax 16→32 零扩展
movzwq %ax, %rax 16→64 零扩展
movsbl %al, %eax 8→32 符号扩展
movsbq %al, %rax 8→64 符号扩展
movswl %ax, %eax 16→32 符号扩展
movswq %ax, %rax 16→64 符号扩展
movslq %eax, %rax 32→64 符号扩展

注意：没有 32→64 的零扩展指令——因为写 32 位寄存器会自动清零高 32 位，movl %ecx, %eax 本身就是 32→64 零扩展（见模块一）。

累加器内部的符号扩展（无操作数，GAS 名 / Intel 名）：

GAS Intel 作用
cbtw cbw %al 符号扩展 → %ax
cwtl cwde %ax 符号扩展 → %eax
cltq cdqe %eax 符号扩展 → %rax
cwtd cwd %ax → %dx:%ax
cltd cdq %eax → %edx:%eax
cqto cqo %rax → %rdx:%rax 
leaq (%rdi,%rsi,4), %rax     # rax = rdi + rsi*4 （仅计算，不取内存）

算术运算

指令 作用 影响标志
add src,dst dst += src ZF SF CF OF
sub src,dst dst -= src 同上
adc src,dst dst += src + CF（带进位加，多精度运算用） 同上
sbb src,dst dst -= src + CF（带借位减） 同上
inc dst dst += 1 除 CF 外
dec dst dst -= 1 除 CF 外
neg dst dst = -dst（取补） 全
imul src,dst dst *= src（有符号） CF OF
imul src,reg,dst dst = reg * src CF OF
imul $imm,reg,dst dst = reg * imm（三操作数立即数形式） CF OF
imul src 单操作数形式：%rdx:%rax = %rax * src（有符号版 mul） CF OF
mul src 无符号乘（隐式累加器） CF OF
idiv src 有符号除（隐式累加器） 无定义
div src 无符号除（隐式累加器） 无定义

mul/div/idiv 只有一个显式操作数，被除数/结果位置由大小决定：

大小 被除数（隐式） 结果
b %ax 商 %al，余数 %ah
w %dx:%ax 商 %ax，余数 %dx
l %edx:%eax 商 %eax，余数 %edx
q %rdx:%rax 商 %rax，余数 %rdx 
movq $10, %rax
xorq %rdx, %rdx        # 无符号除法必须先清 rdx（被除数高位）
movq $3, %rbx
divq %rbx              # rax=10/3=3(商), rdx=10%3=1(余数)

movq $-10, %rax
cqto                   # 有符号除法先符号扩展 rax -> rdx:rax
movq $3, %rbx
idivq %rbx             # rax=-3, rdx=-1（余数随被除数符号）

多精度（128 位）加法示例——adc 把低 64 位的进位带进高 64 位：

# (rdx:rax) += (rcx:rbx)，rdx:rax 为 128 位整数（高:低）
addq %rbx, %rax        # 低 64 位相加，进位进 CF
adcq %rcx, %rdx        # 高 64 位 = 高 + 高 + CF

忘了清 %rdx/cqto 是除法最常见的 bug——%rdx 里的残留值会一起参与被除数。

补码与有符号数（理解符号扩展与比较的基础）

  • x86 用补码表示有符号整数：最高位是符号位，-x = ~x + 1。8 位范围 −128…127，0xFF 是 −1，0x80 是 −128。
  • 同一个位模式既可以当无符号数也可以当有符号数解释：0xFF 作为无符号是 255，作为有符号是 −1。CPU 只做运算，解释权在使用者——这就是"有符号比较"和"无符号比较"要分开的原因。
  • 符号扩展：把有符号数从窄变宽，高位填符号位（movsbl、movslq、cqto 等）；零扩展：当无符号数处理，高位填 0（movzbl 等）。扩展错了会得到完全不同的数：8 位的 −1（0xFF）零扩展成 256，符号扩展成 −1。
  • 算术右移 sar 填符号位（-8 >> 1 == -4），逻辑右移 shr 填 0；左移两种等价。
  • 比较规则汇总：cmp 之后，无符号比较用 ja/jb（看 CF），有符号比较用 jg/jl（看 SF 与 OF 的组合）——比较 −1 与 1 时，无符号视角 −1 是最大的 255。
movq $-1, %rax           # rax = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF（补码 -1）
sarq $1, %rax            # 算术右移：仍是 -1（0xFFFF...）
movq $0x7FFFFFFFFFFFFFFF, %rax
addq $1, %rax            # 溢出：变为 0x8000... = 最小的负数，OF=1

逻辑运算

指令 作用
and 按位与
or 按位或
xor 按位异或（常用 xorl %eax,%eax 清零，比 movl $0,%eax 短）
not 按位取反
sal / shl 左移（同一操作码）
sar 算术右移（保留符号位）
shr 逻辑右移

移位指令：第二个操作数可为立即数或 %cl（移位数放 cl 中）。硬件只使用计数的低 5 位（32 位操作数）或低 6 位（64 位操作数），即 shlq $66, %rax 实际移 2 位。

双精度移位（shld/shrd）把第二个寄存器作为"延长部分"参与移位：

shldl $4, %ebx, %eax   # eax = (eax << 4) | (ebx >> 28)
shrdl %cl, %ebx, %eax  # eax = (eax >> cl) | (ebx << (32-cl))

xorl %eax, %eax        # rax = 0 （写 32 位自动清高 32 位）
shll $2, %eax          # eax <<= 2
sarl %cl, %ebx         # ebx 算术右移 cl 位

位操作与循环移位

指令 作用
bt src,dst 测试 dst 第 src 位，结果进 CF
bts src,dst 测试并置位（Test and Set）
btr src,dst 测试并清零
btc src,dst 测试并取反
bsf src,dst 从低向高找第一个置位位的索引（src 为 0 时 ZF=1，dst 无定义）
bsr src,dst 从高向低找第一个置位位的索引
popcnt src,dst 统计置位位数（需 POPCNT 特性）
bswap dst 字节序反转（32/64 位，大小端转换）
rol / ror 循环左/右移
rcl / rcr 带 CF 的循环左/右移（CF 参与循环） 
btl $3, %ecx           # 测试 ecx 第 3 位
jc  bit3_set           # CF=1 表示该位为 1
popcntq %rax, %rbx     # rbx = rax 中 1 的个数
bswap %eax             # 0x11223344 -> 0x44332211

比较与测试

指令 作用
cmp b,a 计算 a-b 并设置标志（不保存结果）
test a,b 计算 a&b 并设置标志（常用于 test %eax,%eax 判零） 
cmpl %ebx, %eax        # 计算 eax - ebx，据此设置标志
testl %eax, %eax       # eax 自身相与：判断是否为 0 / 正负

标志位操作

指令 作用
clc / stc / cmc 清 CF / 置 CF / CF 取反
lahf %eflags 低 8 位装入 %ah
sahf %ah 写回 %eflags 低 8 位
pushfq / popfq 整个 %rflags 压栈 / 弹出（32 位为 pushfl/popfl）

注意：64 位模式下 push/pop 只支持 64 位操作数（无 pushl），写 pushq/popq 或裸 push/pop 均可。popfq 无法通过栈修改受限标志（如 IF 需特权）。

标志位速查

标志 含义 典型用途
ZF 结果为零 相等判断
CF 进位/借位 无符号溢出、adc/sbb
SF 符号位为负 有符号正负
OF 有符号溢出 有符号溢出
PF 低 8 位中 1 的个数为偶数 较少使用
AF 低 4 位向高 4 位进位 BCD 运算

对应条件跳转见模块五。

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